Что такое СТМ (сканирующий туннельный микроскоп) микроскоп?
Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) — это мощный инструмент для исследования поверхностей на атомном уровне. Он был разработан в 1981 году Гердом Биннигом и Генрихом Рорером, за что они получили Нобелевскую премию по физике в 1986 году. СТМ позволяет получать изображения с разрешением, близким к атомному, что делает его незаменимым в различных областях науки и техники.
Принцип работы СТМ микроскопа
1. Туннельный эффект:
В основе работы СТМ лежит туннельный эффект, который возникает при прохождении электронов через тонкий барьер.
Если два проводника находятся достаточно близко друг к другу, электроны могут туннелировать через барьер, даже если их энергия меньше, чем высота барьера.
2. Сканирование:
В СТМ один из проводников (игла) сканирует поверхность образца, а другой (образец) поддерживается при постоянном потенциале.
Между иглой и образцом прикладывается небольшое напряжение, что создает туннельный ток.
3. Измерение рельефа:
Величина туннельного тока зависит от расстояния между иглой и образцом.
При сканировании поверхности образца игла перемещается вдоль поверхности, и изменения туннельного тока преобразуются в рельеф поверхности.
Основные компоненты СТМ микроскопа
1. Игла:
Игла изготавливается из проводящего материала, такого как вольфрам или платина.
Она должна быть очень острой, чтобы обеспечить точное сканирование поверхности.
2. Образец:
Образец должен быть проводящим или полупроводниковым.
Он может быть изготовлен из различных материалов, таких как металлы, полупроводники или даже органические материалы.
3. Система перемещения:
Система перемещения позволяет игле и образцу двигаться в трех направлениях (X, Y, Z).
Она может быть пьезоэлектрической или электромагнитной.
4. Система управления:
Система управления включает в себя компьютер, программное обеспечение и различные датчики для контроля туннельного тока и перемещения иглы.
Преимущества СТМ микроскопа
Высокое разрешение: СТМ позволяет получать изображения с разрешением до атомного уровня.
Высокая точность: Возможность сканирования с точностью до нескольких ангстрем.
Широкий диапазон материалов: Может использоваться для исследования различных типов материалов, включая металлы, полупроводники и органические вещества.
Применение СТМ микроскопа
Нанотехнологии: Исследование и создание наноструктур.
Электроника: Анализ поверхности полупроводниковых устройств.
Биология: Изучение структуры биологических молекул и клеток.
Химия: Исследование химических реакций на поверхности.
Заключение
Сканирующий туннельный микроскоп — это мощный инструмент для исследования поверхностей на атомном уровне. Его высокая точность и разрешение делают его незаменимым в различных областях науки и техники, от нанотехнологий до биологии.
